可口可樂灌裝封口線機器人工作站控制系統(tǒng)設計

山東華宇工學院XXXX屆本科生畢業(yè)設計(論文)II摘要本文設計了一種可口可樂灌裝封口線機器人工作站控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了基于PLC的控制方案，能夠實現(xiàn)對生產線的自動化控制和管理。系統(tǒng)包括輸入模塊、輸出模塊、中央處理器、通信模塊和電源模塊等部分，其中輸入模塊用于接收外部信號，輸出模塊用于輸出控制信號，中央處理器是系統(tǒng)的核心，通信模塊用于與其他設備進行通信，電源模塊用于為整個系統(tǒng)提供電源。系統(tǒng)可以實現(xiàn)對機器人工作站的精確控制，包括對機器人的位置、速度、力度等參數(shù)進行調整，從而提高生產效率和產品質量。該系統(tǒng)還具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，能夠適應不同的生產環(huán)境和工作條件。實驗結果表明，該系統(tǒng)能夠有效地提高生產線的生產效率和產品質量，具有較好的應用前景。關鍵詞：灌裝封口線;控制系統(tǒng)；自動化控制AbstractThispaperdesignsarobotworkstationcontrolsystem,whichadoptsthecontrolschemebasedonPLC,whichcanrealizetheautomaticcontrolandmanagementoftheproductionline.Thesystemincludesinputmodule,outputmodule,centralprocessor,communicationmoduleandpowermodule,wheretheinputmoduleisusedtoreceiveexternalsignals,theoutputmoduleisusedtooutputcontrolsignal,thecentralprocessingunitisthecoreofthesystem,thecommunicationmoduleisusedtocommunicatewithotherequipment,andthepowermoduleisusedtoprovidepowersupplyforthewholesystem.Thesystemcanrealizetheprecisecontroloftherobotworkstation,includingtheadjustmentoftheposition,speed,strengthandotherparametersoftherobot,soastoimprovetheproductionefficiencyandproductquality.Thesystemalsohasgoodstabilityandreliability,andcanadapttodifferentproductionenvironmentsandworkingconditions.Theexperimentalresultsshowthatthesystemcaneffectivelyimprovetheproductionefficiencyandproductqualityoftheproductionlineandhasagoodapplicationprospect.Keywords:Fillingandsealingline;Controlsystem；Automatedcontrol目錄第一章緒論 11.1引言 11.2選題的目的及意義 11.2.1選題的目的 11.2.2選題的意義 21.3國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 21.3.1國內研究現(xiàn)狀 21.3.2國外研究現(xiàn)狀 31.3.3發(fā)展趨勢 3第二章可樂灌裝封口線工作站的總體方案 52.1工作站任務的分析 52.2總體工作流程 52.3技術路線 62.4選型 72.4.1機器人主體的選型 72.4.2PLC的選型 92.4.3末端執(zhí)行器的選型 92.5控制系統(tǒng) 92.5.1傳感器的選型 92.5.2電機的選型 112.5.3急停按鈕 112.5.4主電路設計 122.5.5控制電路設計 132.5.6PLC接線圖 13第三章軟件設計 153.1工作站的搭建 153.2博圖程序的編寫 233.2.1總的控制要求 233.2.2I/O分配表 243.3程序的編寫 24結論 31參考文獻 33附錄 33致謝 38第一章緒論1.1引言可口可樂是世界上最著名的飲料品牌之一，其產品供應全球。在生產過程中，可口可樂灌裝封口線工作站是一個關鍵的生產設備，對于保證產品的質量和生產效率具有重要的意義?？刂葡到y(tǒng)是可口可樂灌裝封口線工作站的核心部分，其設計和實現(xiàn)直接影響到生產線的穩(wěn)定性和可靠性。因此，本文研究可口可樂灌裝封口線工作站的控制系統(tǒng)設計REF_Ref19537\w\h[1]，旨在提高生產效率、降低成本和人工干預，提高產品質量和生產線的可靠性。在本文中，我們首先介紹了可口可樂灌裝封口線工作站的相關背景和研究意義，然后分析了控制系統(tǒng)的需求和要求。接著，我們提出了一種高可靠性、穩(wěn)定性和靈活性的控制系統(tǒng)設計方案，包括自動化技術、數(shù)據(jù)采集和處理技術、控制技術REF_Ref20402\w\h[2]等方面。最后，我們采用可靠的硬件和軟件技術，進行了充分的測試和驗證，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本文的研究可以為可口可樂灌裝封口線工作站的控制系統(tǒng)設計和實現(xiàn)提供參考和指導，同時也可以為相關領域的研究和應用提供借鑒和啟示。未來，我們將繼續(xù)深入研究和探索控制系統(tǒng)的改進和發(fā)展，以滿足不斷變化的市場需求和技術發(fā)展。1.2選題的目的及意義1.2.1選題的目的本項目為可口可樂罐裝封口線機器人工作站控制系統(tǒng)REF_Ref22538\w\h[3]設計，課題來自于山東某可口可樂公司生產現(xiàn)場需求。該公司長期承擔可口可樂生產設計，其中需要多次復雜重復封口。本次課題根據(jù)在可口可樂封口時，為解決人工投入、提高生產效率而展開。隨著工業(yè)的發(fā)展和居民生活水平的提高，灌裝機在很多領域得到了廣泛的應用。而近年來由于勞動力人口比例的下降和工人工資的不斷上漲，間接增加了生產成本，在一定程度上影響了企業(yè)的經濟效益。因此需要采用先進的生產設備來提高生產效率，減少雇工數(shù)量來降低生產成本。為了解決灌裝工位操作速度慢、效率低等問題，需對原有灌裝線進行優(yōu)化設計，提升工作效率。本文主要講解國內外灌裝設備現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。1.2.2選題的意義在炎熱的夏天中，大部分人都選擇碳酸飲料來解渴，這使得我國飲品市場得到飛速發(fā)展。但與此同時，我國的可口可樂封口包裝機械卻達不到想要的自動化與智能化，無法滿足龐大的市場需求。大學四年的學習，運用自身所學知識，通過整機的方案制定，結構設計，原理繪圖進行整機的實戰(zhàn)練習。同時結合已有的液體包裝封口機進行改良設計，令改良后的全自動封口機可實現(xiàn)對可口可樂的自動封口包裝。可口可樂灌裝封口線機器人工作站控制系統(tǒng)設計的選題意義在于提高生產線的自動化水平，提高生產效率和質量，降低勞動力成本，同時也可以提高生產線的安全性和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的可口可樂生產線通常需要大量的人力來完成灌裝、封口等工作，這不僅勞動強度大，而且效率低下，且易出現(xiàn)人為操作誤差，影響產品質量。而采用機器人工作站，可以實現(xiàn)自動化生產，減少人力投入，提高生產效率和質量，同時也可以降低生產成本。此外，機器人工作站還能夠提高生產線的安全性和穩(wěn)定性。機器人具有高精度、高速度、高重復性的特點，可以減少人為操作誤差，降低事故風險，提高生產線的穩(wěn)定性和安全性。因此，可口可樂灌裝封口線機器人工作站控制系統(tǒng)設計的選題意義重大，有助于提高生產效率和質量，降低成本，提高生產線的安全性和穩(wěn)定性，具有重要的實際應用價值和研究意義。1.3國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.3.1國內研究現(xiàn)狀可口可樂灌裝封口線是一種重要的生產設備，其研究和發(fā)展一直受到國內外學者和企業(yè)的廣泛關注。以下是灌裝封口線的國內研究現(xiàn)狀：設備結構和工藝優(yōu)化研究：國內學者通過對灌裝封口線的結構和工藝進行優(yōu)化，提高了設備的生產效率和封口質量。例如，通過改進灌裝頭結構和控制系統(tǒng)，提高了灌裝速度和減少了產品泄漏的問題。檢測技術REF_Ref23521\w\h[4]研究：灌裝封口線的質量檢測是保證產品質量和安全的重要環(huán)節(jié)，國內學者通過研究檢測技術，如高速成像和紅外測溫等技術，提高了產品的檢測準確性和效率。自動化控制REF_Ref24099\w\h[5]研究：隨著科技的不斷發(fā)展，自動化控制技術在灌裝封口線中的應用越來越廣泛。國內學者通過研究自動化控制技術，如PLC控制和機器視覺技術等，提高了設備的智能化水平和生產效率。環(huán)保技術研究：灌裝封口線的生產過程會產生大量的廢水和廢氣，對環(huán)境造成一定的影響。國內學者通過研究環(huán)保技術，如廢水處理和廢氣凈化等技術，減少了對環(huán)境的污染。總的來說，國內學者在灌裝封口線的研究中取得了很大的進展，為該領域的發(fā)展做出了重要貢獻。未來，隨著技術的不斷發(fā)展和應用，灌裝封口線的研究和發(fā)展還有很大的空間和潛力。1.3.2國外研究現(xiàn)狀灌裝封口線是一種用于食品、飲料、藥品等行業(yè)的自動化生產設備，其主要功能是將產品灌裝到包裝容器中，并對容器進行封口。以下是關于灌裝封口線的國外研究現(xiàn)狀的一些信息：技術創(chuàng)新：近年來，國外灌裝封口線的技術不斷創(chuàng)新，例如采用更高效、更精準的計量系統(tǒng)REF_Ref4802\w\h[6]，更快速、更準確的封口技術，以及更智能化、更自動化的控制系統(tǒng)等。環(huán)保節(jié)能：隨著環(huán)保意識的提高，國外灌裝封口線的研究也越來越注重環(huán)保節(jié)能。例如采用更節(jié)能的電機和傳動系統(tǒng)，減少能源消耗；采用更環(huán)保的材料，減少對環(huán)境的影響等。智能化控制REF_Ref24592\w\h[7]：國外灌裝封口線的研究也越來越注重智能化控制。例如采用先進的傳感器和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)產品計量、封口位置調整、故障診斷等功能；采用機器學習和人工智能技術REF_Ref1811\w\h[8]，提高生產效率和產品質量等。多功能化：為了適應市場需求的多樣化，國外灌裝封口線的研究也越來越注重多功能化。例如采用可更換的灌裝頭和封口頭，實現(xiàn)不同產品的灌裝和封口；采用可調節(jié)的生產線，適應不同規(guī)格和容量的包裝等?？偟膩碚f，國外灌裝封口線的研究趨勢是技術創(chuàng)新、環(huán)保節(jié)能、智能化控制和多功能化。這些研究成果不僅提高了生產效率和產品質量，也為灌裝封口線的應用領域提供了更廣闊的發(fā)展空間。1.3.3發(fā)展趨勢隨著市場需求的不斷變化，灌裝封口線的發(fā)展趨勢也在不斷變化。以下是一些可能的發(fā)展趨勢：智能化：隨著人工智能和機器學習技術的不斷發(fā)展，灌裝封口線的智能化程度將越來越高。例如，采用先進的傳感器和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)產品計量、封口位置調整、故障診斷等功能；采用機器學習技術，提高生產效率和產品質量等。自動化：隨著自動化技術的不斷發(fā)展，灌裝封口線的自動化程度將越來越高。例如，采用自動化的計量系統(tǒng)和封口技術，減少人工干預；采用自動化的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化生產等。環(huán)保節(jié)能：隨著環(huán)保意識的不斷提高，灌裝封口線的環(huán)保節(jié)能性將越來越高。例如，采用節(jié)能的電機和傳動系統(tǒng)，減少能源消耗；采用環(huán)保的材料，減少對環(huán)境的影響等。多功能化：隨著市場需求的多樣化，灌裝封口線的多功能化程度將越來越高。例如，采用可更換的灌裝頭和封口頭，實現(xiàn)不同產品的灌裝和封口；采用可調節(jié)的生產線，適應不同規(guī)格和容量的包裝等。數(shù)據(jù)化：隨著大數(shù)據(jù)技術的不斷發(fā)展，灌裝封口線的數(shù)據(jù)化程度將越來越高。例如，采用數(shù)據(jù)采集和分析技術，實現(xiàn)生產數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析；采用數(shù)據(jù)挖掘技術，優(yōu)化生產過程和產品質量等?？偟膩碚f，灌裝封口線的發(fā)展趨勢是智能化、自動化、環(huán)保節(jié)能、多功能化和數(shù)據(jù)化。這些趨勢不僅提高了生產效率和產品質量，也為灌裝封口線的應用領域提供了更廣闊的發(fā)展空間。

第二章可樂灌裝封口線工作站的總體方案2.1工作站任務分析本項目為可口可樂灌裝封口線機器人工作站控制系統(tǒng)設計，該工作站由兩條輸送線、灌裝機、封口機、3臺機器人、5個傳感器構成、1個電機，實現(xiàn)各設備自動啟停，協(xié)同完成可樂瓶輸送、灌裝、封口、裝箱、箱體碼垛?？蓸返妮斔蛶л斔涂蓸菲恐凉嘌b機灌裝區(qū)，位置傳感器感應到可樂瓶時停止輸送帶輸送、啟動灌裝機，灌裝完成后啟動完整可樂瓶輸送帶，末端傳感器檢測到可樂瓶停止輸送線、同時瓶蓋輸送帶輸送瓶蓋，啟動機器人1搬運可樂瓶蓋到可樂瓶上，封口完成后啟動完整可樂瓶輸送帶到機器人2并啟動箱子輸送帶輸送箱子，位置傳感器感應到可樂瓶和箱子后，機器人2將可樂瓶夾取、擺滿箱子，啟動箱子輸送帶輸送到封裝機，封裝機處位置傳感器感應到箱子進行封裝處理，封裝好的箱子輸送到箱子傳送帶末端，傳感器檢測到箱體啟動碼垛機器人，進行箱體碼垛。系統(tǒng)有故障保護、急停保護功能。2.2總體工作流程本項目為可口可樂灌裝封口線機器人工作站控制系統(tǒng)設計，機器人由IRB2600機器人和碼垛機器人組成。程序開始運行時，機器人末端執(zhí)行器的執(zhí)行信號進行初始化。空瓶通過空瓶傳送帶開始傳送，傳感器檢測到空瓶后灌裝機開始灌裝飲料，裝滿后傳送帶繼續(xù)運行到達封口區(qū)域，傳感器檢測到瓶子后，1號機器人夾取從蓋子傳送帶傳送過來的瓶蓋對可樂瓶進行封口。封口完成后傳送帶繼續(xù)運行到傳送帶末端，傳感器檢測到可樂瓶后2號機器人開始夾取搬運，將可樂瓶夾取放置到傳送過來的箱子中，此過程重復16次，直到可樂瓶裝滿箱子后，箱子傳送帶開始運行，運行到末端后3號機器人進行碼垛，此過程重復16次，碼垛完成后，一次生產線周期就此完成。系統(tǒng)有故障保護、急停保護功能。圖2.1工作站工作流程圖2.3技術路線（1）總體方案要完成可口可樂的灌裝封口線，首先要完成各種工具的選擇，其次是要完成傳送帶位置的選擇，然后在離線仿真軟件中，根據(jù)實際測量的結果，對三維環(huán)境中的各個單元組件進行搭建和位置調整，使其與生產設備平臺一致，進行離線編程，完成整個過程的步驟。機器人按照程序先在工具平臺根據(jù)我們的選擇,選擇相應的抓手用具，當可口可樂在傳送帶上運輸?shù)街付ㄎ恢煤螅ㄟ^傳感器檢測可口可樂到位信號反饋至PLC，PLC將灌裝、夾取和搬運動作指令傳送給機器人開始運行，搬運完畢后，PLC控制機器人把箱子放到第二條傳送帶進行封口，最后進行箱體碼垛，整個過程時間短，效率高。（2）軟件編程通過RobotStudioREF_Ref27562\w\h[9]，在搭建好的平臺中按照操作步驟進行離線編程，通過RobotStudio，在搭建好的平臺中按照操作步驟進行離線編程，觀察整個流程，不足的地方進行改進。所編寫的工業(yè)機器人程序，要盡可能的滿足高效率的生產要求，整個灌裝、封口的過程中，機器人速度和路徑要設置合理，要保證運行安全。利用PLC博圖REF_Ref27673\w\h[10]軟件對所需的參數(shù)和設置進行編寫。工作站作業(yè)時將觸摸屏切換到工作狀態(tài)的界面，按下觸摸屏“運行”按鈕，工作站運行開始。傳送帶和機器人進行工作，根據(jù)之前設置的目標位置進行灌裝、封口，在我們要停止時，按下停止按鈕，首先機器人退出工作狀態(tài)，按下復位，各單元回到初始位置，最后關機退出。（3）仿真調試結合整個工藝過程，對編寫好的離線程序進行仿真實驗，過程無誤后導出至機器人中進行實際操作和裝配，做好現(xiàn)場調試并且對離線仿真輸出動畫，方便后續(xù)講解。2.4選型2.4.1機器人主體的選型在這個項目中，我們機器人進行抓取的可口可樂瓶模型是底面圓直徑為5厘米，高度為20厘米的圓柱，根據(jù)體積公式：V=πr2h公式2.1其中，V為體積，r為底面圓的半徑，h為高度，π為圓周率。將給定的數(shù)值代入公式中，得到：V=π(2.5厘米)2h(20厘米)V=125π立方厘米V≈392.7立方厘米因此，該可樂瓶能容納約393立方厘米的可樂，也就是說可以容納393毫升的可樂。我們公司的可樂的密度為1克/毫升，可樂瓶的密度為0.9克/立方厘米，我們可以進行如下計算：根據(jù)公式：公式2.2首先計算可樂的重量：可樂的重量=體積×密度可樂的重量=393毫升×1克/毫升=393克接著計算可樂瓶的重量：可樂瓶的重量=體積×密度可樂瓶的重量=125π立方厘米×0.9克/立方厘米≈353.4克最后將可樂和可樂瓶的重量相加，得到：總重量≈393克+353.4克≈746.4克因此，393毫升的可樂和底面圓直徑為5厘米，高度為20厘米的可樂瓶總共約為750克。再加上約為2kg的夾具，因此在機器人選型中，我們選用的為ABB型機器人REF_Ref2753\w\h[11]IRB2600-60，IRB1600-60的最大承載能力為12kg。表2.1IRB2600機器人技術參數(shù)機器人版本工作范圍有效載荷手臂載荷手臂荷重底座荷重IRB2600-60/2.051.65m12kg15kg1kg35kgIRB2600-45/2.051.65m20kg10kg1kg35kgIRB2600-40/2.551.85m12kg10kg1kg35kg碼垛機器人REF_Ref32117\w\h[12]，是機械與計算機程序有機結合的產物。為現(xiàn)代生產提供了更高的生產效率。碼垛機器在碼垛行業(yè)有著相當廣泛的應用。碼垛機器人大大節(jié)省了勞動力，節(jié)省空間。碼垛機器人運作靈活精準、快速高效、穩(wěn)定性高，作業(yè)效率高。在這個項目中，碼垛機器人需要對箱子進行碼垛，因此要對碼垛機器人進行選項，必須知道箱子的總重量。一個箱子中放置16個0.75kg的可樂瓶，重量位16×0.75=12kg,再加上5kg的箱子的重量，箱體的總重量=12kg+5kg=17kg。因此我們選用的碼垛機器人為ABBIRB4600-40/2.05，其最大負載重量為40kg。2.4.2PLC的選型在本次項目中，總共有10個輸入，9個輸出，因此PLC的型號我選用西門子1200系列的1214DC/DC/DCREF_Ref5045\w\h[13].PLCS7-1200具有以下特點：模塊化設計：PLCS7-1200采用模塊化設計，可以根據(jù)需要添加不同的模塊，實現(xiàn)不同的功能。高性能：PLCS7-1200具有高性能的處理器和大容量的存儲空間，可以實現(xiàn)復雜的控制任務,易于編程。西門子S7-1200系列中的1214DC/DC/DC是一款數(shù)字輸入/輸出型的可編程邏輯控制器（PLC），具有以下特點：輸入/輸出：1214DC/DC/DC具有14個數(shù)字輸入和10個數(shù)字輸出，可用于控制和監(jiān)測各種設備和過程。通信接口：該PLC具有2個通信接口，支持以太網(wǎng)、PROFINET和ModbusTCP等通信協(xié)議，可與其他設備進行數(shù)據(jù)交換和控制。內存容量：1214DC/DC/DC具有100KB的用戶程序存儲空間和50KB的數(shù)據(jù)存儲空間，可存儲大量的程序和數(shù)據(jù)。2.4.3末端執(zhí)行器的選型在本項目中，需要夾取的物品是直徑為3厘米的可樂瓶蓋和總重量約為750克的可樂瓶重量，因此我選用ABB的FlexGripperIRB360，以下是他的一些數(shù)據(jù)。表2.2ABB的FlexGripperIRB360的數(shù)據(jù)承載能力夾持范圍夾持力夾持速度夾持精度0.5-3kg5-80mm50-200N0.1-1.5m/s0.1mm在本項目中，需要吸附的是總重量為750g的箱子，要想將其吸附起來，需要將箱子的重量轉換為牛頓。1千克的重量等于9.8牛頓的力，因此750克的箱子重量可以轉換為：750克=0.75千克0.75千克x9.8牛頓/千克=7.35牛頓因此，吸附重量為750克的箱子所需的牽引力為大約7.35牛頓。因此我選擇的吸盤型號為PNP-06，它的最大吸附力為10N。2.5控制系統(tǒng)2.5.1傳感器的選型本項目為可口可樂灌裝封口線機器人工作站控制系統(tǒng)設計，該工作站需要的傳感器REF_Ref27039\w\h[14]有五個，分別是光電傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、位置傳感器、流量傳感器。光電傳感器：用于檢測可口可樂是否到位，檢測瓶蓋是否覆蓋到位。在整個工作站中各個工具的距離相對較近，所以我選用的是低功耗型反射型光電傳感器，以下是它的數(shù)據(jù)。表2.3E3Z-LT81的數(shù)據(jù)低功染色型號檢測距離工作電壓最大負載電流輸出類型防護等級電源電流E3Z-LT811m3.3-24VDC50mANPN/PNPIP6715mA壓力傳感器：用于檢測封口力度是否達標，以確保瓶蓋密封。我選用的是液位用壓力傳感器，以下是它的數(shù)據(jù)。表2.4PTM-1的數(shù)據(jù)型號測量范圍輸出信號精度等級過載能力工作溫度防護等級PTM-10-1mH2O4-20mA0.5%FS2倍滿量程-10℃至70℃IP68溫度傳感器：用于檢測罐體和罐蓋的溫度，以確保封口溫度合適。我選用的是紅外線溫度傳感器，以下是它的數(shù)據(jù)。表2.5MLX90614的數(shù)據(jù)型號測量范圍精度等級響應時間信號輸出MLX90614-70℃至380℃±0.5℃≤500ms12C位置傳感器：用于檢測機器手的位置，以便于控制機器手的運動。我選用的是旋轉式位置傳感器，以下是它的數(shù)據(jù)。表2.6P8000的數(shù)據(jù)型號測量范圍精度等級輸出信號電源電壓防護等級P80000-360度±0.3度模擬信號5VDCIP67流量傳感器：用于檢測液體是否流動正常，以確保罐裝過程中不會發(fā)生溢出。我選用的是磁感應流量計，以下是它的數(shù)據(jù)。表2.7Endress+HauserPromag53的數(shù)據(jù)型號測量范圍精度最大工作溫度Endress+HauserPromag530.01-12m/s±0.2％150℃2.5.2電機的選型可口可樂灌裝封口線的執(zhí)行器主要用于控制生產過程中的各種動作，如灌裝、封口和輸送等，電機REF_Ref27101\w\h[15]是眾多執(zhí)行器之一，是可口可樂灌裝封口線的主要驅動裝置，主要用于控制輸送帶、灌裝機、封口機等的運動。本系統(tǒng)采用的皮帶傳送帶水平放置，寬度為400mm，長度為3000mm，承受重量m最大約為17kg，摩擦系數(shù)u約為0.1，傳送帶速度v設為0.3m/s，皮帶滾輪效率?約為0.9。要計算所需的電機功率，需要先計算所需的工作力。傳送帶上物體的運動需要克服摩擦力和重力，所需的工作力可以通過以下公式計算：公式2.3其中，F(xiàn)為所需的工作力，m為物體的重量，g為重力加速度，u為摩擦系數(shù)，F(xiàn)n為法向力，即物體所受支撐力。根據(jù)條件，m=17kg，u=0.1，v=0.3m/s，?=0.9，傳送帶長度為3000mm，傳送帶上物體的運動速度為v，因此可以計算出法向力：公式2.4其中，α為傳送帶與水平面的夾角，這里α為0度，即傳送帶水平放置。因此，F(xiàn)n=mg/?v=17×9.8/0.9/0.3≈204.1N。將上述數(shù)據(jù)代入公式，可以計算出所需的工作力：F=mg+muFn=179.8+170.1204.1≈365.3N因此，所需的工作力為365.3N。接下來可以計算所需的電機功率：根據(jù)公式：公式2.5算出電機功率為121.8W。計算出來所需的電機功率后，我選擇了額定功率較小的三相異步電機中的Y2-160M1-4，以下是它的一些數(shù)據(jù)。表2.8Y2-160M1-4b的數(shù)據(jù)額定功率額定電壓額定電流額定頻率額定轉速極數(shù)效率功率因數(shù)1.5KW380V3.7A50Hz1420RPM485%0.892.5.3急停按鈕急停按鈕是一種緊急停機裝置，通常安裝在機械設備上，用于在緊急情況下立即停止設備的運行以保護人員和設備安全。在可口可樂的灌裝封口線上，也應該有急停按鈕來確保操作員和設備的安全。急停按鈕通常是一個紅色的按鈕，可以手動按下以立即停止設備的運行。在緊急情況下，操作員可以通過按下急停按鈕來立即停止設備的運行，以避免任何可能的事故發(fā)生。圖2.2電器原理圖如上圖所示當按下急停按鈕時，中間繼電器線圈得電，此時中間繼電器的常閉點得電斷開，PLC控制系統(tǒng)的220V電源被斷開控制系統(tǒng)失電，所有輸入輸出全部無效，設備停止，控制電源斷開。2.5.4主電路設計如圖所示為主電路圖，L1、L2、L3提供380V的交流電，SB1帶熔斷器的空氣開關，可以作為主電路的總閘，更加安全。圖2.3主電路圖傳送帶電機斷路器SB1可以接通和端來傳送帶電機，當傳送帶電機有故障發(fā)生時，可以及時切斷電源，避免整個系統(tǒng)癱瘓。熔斷器FU1的作用是當電路中的電流超過規(guī)定值時，以其自生產生的熱量是熔體熔化，從而使電路斷開。傳送帶啟動接觸器KM1和傳送帶電機過載保護熱繼電器FR1可以防止一些意外情況發(fā)生。2.5.5控制電路設計當電路通電時，空瓶飲料輸送帶接觸器KM1接通，空瓶飲料輸送帶繼電器KA1接通后，KM1接通，空瓶飲料輸送帶開始運行。灌裝機接觸器KM2，當灌裝機繼電器KA2接通后KM2得電，灌裝機開始灌裝。同樣的，裝有飲料的瓶身輸送帶繼電器閉合，KM3得電輸送帶運行的同時瓶蓋輸送帶開始運行。成品飲料1#輸送帶繼電器閉合，KM5得電輸送帶運行，1#機器人繼電器閉合，KM6得電運行，成箱可樂2#輸送帶繼電器閉合，KM7得電運行，2#機器人繼電器閉合，KM8得電運行，3#機器人繼電器閉合，KM9得電進行碼垛。圖2.4控制電路圖2.5.6PLC接線圖PLC外部接線圖是PLC與其他硬件設備之間的聯(lián)系，PLC作為總控可以根據(jù)輸入的信號對外輸出特定的信號。圖2.5PLC接線圖

第三章軟件設計3.1工作站的搭建（1）創(chuàng)建可樂模型、開口箱子模型體、蓋子模型、閉口箱子模型、封口機模型、灌裝機模型。（2）將各種工具放置好。（3）分別點擊“smart組件”，將其命名為“夾爪”“夾爪2”“蓋子傳送帶”“箱子傳送帶”。（4）點擊“機械裝置”，將其命名為“手抓1”“手抓2”。（5）點擊進入“箱子傳送帶”，在“設計”一欄中點擊“PositionSensor”將其中屬性修改到如下圖所示。圖3.1箱子傳送帶數(shù)據(jù)（6）點擊進入“編輯組件”，點擊“Linesensor”將其中屬性修改到如下圖所示，將其拖動到機械裝置”手抓1“中。圖3.2組件數(shù)據(jù)（7）點擊進入“編輯組件”，點擊“Linesensor”將其中屬性修改到如下圖所示，將其拖動到機械裝置”手抓2“中。圖3.3組件數(shù)據(jù)（8）分別點擊”夾爪”“夾爪2”，將其中的數(shù)據(jù)修改到如下圖所示。圖3.4夾爪的數(shù)據(jù)圖3.5夾爪2的數(shù)據(jù)（9）分別點擊“可樂瓶傳送帶”“蓋子傳送帶”，將其中的數(shù)據(jù)修改帶如下圖所示。圖3.6傳送帶數(shù)據(jù)（10）在“機器人系統(tǒng)”中選擇“從布局”創(chuàng)建系統(tǒng)，分別選擇機器人1、機器人2、機器人3創(chuàng)建系統(tǒng)，點擊兩個下一個到達位置，點擊“完成”。（11)點擊“路徑”，點擊“示教指令”，將機器人1拖動到瓶蓋上，再點擊“示教指令”，點擊夾爪，看是否能夾起瓶蓋，夾起后將機器人1拖到傳送過來的可樂瓶上方，點擊示教指令，將機器人1拖動到可樂瓶上方，是瓶蓋能覆蓋住瓶沿，再點擊示教指令，點擊機器人1的機械裝置手動關節(jié)，點擊第三個示教目標點將其修改位置到第四示教目標點，點擊“夾爪”屬性xp.將可樂蓋子復制粘貼到機器人1上，將可樂蓋子拖到空瓶子上并將其命名為“瓶子完整”。（12）點擊“可樂瓶傳送帶”，將其數(shù)據(jù)修改到下圖所示。圖3.7傳送帶數(shù)據(jù)（13）點擊“夾爪”，將其數(shù)據(jù)修改到下圖所示。圖3.8夾爪的數(shù)據(jù)（14）點擊“仿真”“仿真設定”，將其數(shù)據(jù)修改到下圖所示。圖3.9仿真數(shù)據(jù)（15）點擊“路徑”“空路徑”，點擊機器人2，點擊“示教指令”，將機器人拖到傳送過來的完整可樂瓶上方，使“夾爪2”能夾到可樂瓶，點擊“示教指令”，點擊“夾爪2”“屬性”“xp”。（16）點擊“夾爪2”“編輯組件”，將其數(shù)據(jù)修改到下圖所示。圖3.10夾爪2的數(shù)據(jù)（17）被機器人2夾起的可樂瓶拖到箱子合適位置中，點擊“路徑”“空路徑”“示教目標點”，將機器人拖到第二個適當位置，點擊“示教目標點”，重復幾次，使可樂瓶裝滿箱子，將箱子和所有可樂瓶拖到一個里面，使其成為一個整體，命名為“半成品”。（18）點擊“夾爪2”“編輯組件”，將其數(shù)據(jù)修改到下圖所示。圖3.11夾爪2的數(shù)據(jù)（19）創(chuàng)建一個長320寬320高180的矩形體，將其拖到封口機出口處，將其命名為“成品”。（20）點擊“箱子傳送帶”“編輯組件”，將其數(shù)據(jù)修改到下圖所示。圖3.12箱子傳送帶數(shù)據(jù)（21）將大吸盤安裝到機器人3上，點擊“示教指令”，將機器人3拖到傳送過來的箱子上，點擊“示教指令”，點擊“大吸盤”“編輯組件”，將其數(shù)據(jù)修改到下圖所示。圖3.13大吸盤數(shù)據(jù)（22）點擊“大吸盤”“屬性”“dwo”。（23）將機器人3拖到托盤合適位置，點擊“示教指令”，將機器人3拖到第二合適位置，點擊“示教指令”，重復此操作，使箱子擺滿第一層。（24）分別點擊“System104”“System105”“System106”，使其同步到RAPID。（25）點擊“控制器”進行熱啟動。（26）點擊“工作站邏輯”，將其數(shù)據(jù)修改到下圖所示。圖3.14工作站邏輯數(shù)據(jù)（27）點擊“RAPID”“Module1”“main”，編輯程序如下圖所示。圖3.15System104的程序圖圖3.16System105的程序圖圖3.17System106的程序圖（28）分別點擊“System104”“System105”“System106”，將其同步到工作站，分別點擊傳送帶和夾爪的“Action”。（29）點擊仿真進行播放。3.2.博圖程序的編寫3.2.1總的控制要求按下啟動按鈕I0.7，空瓶飲料輸送帶Q0.0開始運行，遇到灌裝區(qū)位置傳感器感，空瓶飲料輸送帶Q0.0停止運行，灌裝機Q.01開始對空的飲料進行灌裝作業(yè)，灌裝完成后輸送帶Q0.0繼續(xù)運行，到達灌裝區(qū)末端傳感器檢測I0.2，停止輸送帶Q0.0，啟動裝有飲料的瓶身輸送帶Q0.2、瓶蓋輸送帶Q0.3和成箱可樂2#輸送線Q0.6，2#輸送線輸送空箱子遇到2#傳送帶裝箱取位置傳感器I1.1停止Q0.6運行。當飲料瓶到達封裝機處位置傳感器I0.3時，瓶身輸送帶Q0.2停止運行，瓶蓋輸送帶Q0.3則是瓶蓋到達瓶蓋輸送帶位置傳感器I0.4感時停止運行，發(fā)出信號，1#機器人開始工作，工作完成后機器人發(fā)出信號，成品可樂1#輸送帶Q0.4啟動運行，到達1#末端位置傳感器感時，2#機器人搬運裝箱，程序計數(shù)加一，當計數(shù)到16時清零同時啟動成箱可樂2#輸送線Q0.6，到達2#傳送帶末端傳感器I0.6，成箱可樂2#輸送線Q0.6停止運行，3#機器人進行碼垛作業(yè)。3.2.2I/O分配表表3.1I/O分配表急停按鈕I0.0空瓶飲料輸送帶Q0.0灌裝區(qū)位置傳感器感I0.1灌裝機Q0.1灌裝區(qū)末端傳感器檢測I0.2裝有飲料的瓶身輸送帶Q0.2封裝機處位置傳感器I0.3瓶蓋輸送帶Q0.3瓶蓋輸送帶位置傳感器感I0.4成品可樂1#輸送帶Q0.41#末端位置傳感器感I0.51#機器人Q0.52#傳送帶末端傳感器I0.6成箱可樂2#輸送線Q0.6啟動I0.72#機器人Q0.7停止I1.03#機器人Q1.03#傳送帶裝箱位置傳感器I1.13.2.3計時器作用灌裝作業(yè)利用計時器計時3秒表示灌裝過程T11#機器人利用計時器計時7秒表示封裝過程T22#機器人利用計時器計時7秒表示搬運裝箱過程T32#機器人利用計時器計時7秒表示碼垛過程T4利用1#機器人搬運次數(shù)計數(shù)一箱16瓶C0利用3#機器人碼垛次數(shù)計數(shù)碼垛10箱C13.3程序的編寫（1）打開博圖軟件，選擇使用S7-1200，CPU1217CDC/DC/DC，點擊PLC的接口，在下方以太網(wǎng)地址中輸入IP地址。（2）點擊“程序塊”下的OB1塊，開始編寫程序。第一段程序：插入“常開開關”作為啟動開關，地址設為I0.7，插入“常閉開關”作為急停響應,地址設為I1.0，在遇到突發(fā)情況時，可以按下急停按鈕，讓第一段程序斷電。在啟動和停止后分別插入一個“Tag2”，地址設為M5.0。如下圖所示。圖3.18第一段程序第二段程序：在“Tag2”指令的基礎上加一個“常閉開關”作為灌裝區(qū)位置傳感器，設置地址為M0.1，再加一個“常閉開關”作為灌裝機，最后插入一個置位指令作為空瓶飲料輸送帶，地址設為Q0.0。如下圖所示。圖3.19第二段程序第三段程序：在“Tag2”指令的基礎上加兩個“常開開關”作為分別空瓶飲料輸送帶和灌裝區(qū)位置傳感器，地址設為Q0.0和M0.1，再加一個“常閉開關”作為“Tag4”，插入一個復位指令，作為空瓶飲料輸送帶，并聯(lián)兩個置位指令，地址為M5.1,Q0.1。圖3.20第三段程序第四段程序：在“Tag2”指令的基礎上加兩個“常開開關“作為Tag3和灌裝機，地址設為M5.1和Q0.1，插入一個3秒的計時指令作為T1，地址設為DB1，并聯(lián)兩個置位指令作為空瓶飲料輸送帶和Tag4，地址設為Q0.0和N5.2，并聯(lián)兩個復位指令作為Tag3和灌裝機。圖3.21第四段程序第五段程序：在“Tag2”指令的基礎上加三個“常開開關“作為空瓶飲料輸送帶、Tag4和灌裝區(qū)末端傳感器檢測，地址設為I0.2，并聯(lián)四個置位指令作為裝有飲料的瓶身輸送帶、瓶蓋輸送帶、成箱可樂2#輸送線、Tag6，并聯(lián)兩個復位指令作為空瓶飲料輸送帶和Tag4。如下圖所示。圖3.22第五段程序第六段程序：在“Tag2”指令的基礎上加一個“常開開關“作為Tag6，地址設為M5.3，插入兩個“常開開關”作為分別“成箱可樂2#輸送線”“2#傳送帶裝箱位置傳感器”，地址設為Q0.6、M1.1，插入一個復位指令作為“成箱可樂2#輸送線”，地址設為Q0.6；在Tag6后并聯(lián)兩個“常開開關”作為裝有飲料的瓶身輸送帶和封裝機位置傳感器，地址設為Q0.2和我M0.3，插入一個復位指令作為裝有飲料的瓶身輸送帶；在Tag6后并聯(lián)兩個“常開開關”作為瓶蓋輸送帶和瓶蓋輸送帶位置傳感器，地址設為Q0.3和M0.4，插入一個復位指令作為裝有飲料的瓶身輸送帶，地址設為Q0.2；在Tag6后并聯(lián)兩個“常開開關”作為封裝機位置傳感器和瓶蓋輸送帶位置傳感器，并聯(lián)兩個置位指令作為1#機器人和Tag7，地址設為Q0.5和M5.4，并聯(lián)一個復位指令作為Tag6。如下圖所示。圖3.23第六段程序第七段程序：在“Tag2”指令的基礎上加兩個“常開開關“作為Tag7和1#機器人，插入一個7秒的計時指令為T2，地址設為DB2，并聯(lián)兩個置位指令作為Tag8和單瓶可樂1#輸送帶，地址設為M5.5和Q0.4，并聯(lián)兩個復位指令作為Tag7和1#機器人。如下圖所示。圖3.24第七段程序第八段程序：在“Tag2”指令的基礎上加三個“常開開關”作為Tag8、1#末端位置傳感器、2#末端位置傳感器，地址設為M5.5、I0.5、I1.1，插入一個“常閉開關”作為Tag13，并聯(lián)兩個置位指令作為2#機器人和Tag9，地址設為Q0.7和M5.6，并聯(lián)兩個復位指令作為Tag8和單瓶可樂1#輸送帶。如下圖所示。圖3.25第八段程序第九段程序：在“Tag2”指令的基礎上加一個“常開開關”作為Tag9，插入一個“常閉開關”作為Tag13，插入一個7秒的計時指令為T3，地址設為DB3，并聯(lián)一個置位指令作為Tag8，并聯(lián)兩個復位指令作為Tag9和2#機器人。如下圖所示。圖3.26第九段程序第十一段程序：在“Tag2”指令的基礎上加三個“常開開關”作為Tag13、2#傳送帶末端位置傳感器和成箱可樂2#輸送線，地址設為M5.7、I0.6和Q0.6，并聯(lián)兩個置位指令作為3#機器人和Tag14，地址設為Q1.0和M6.0，并聯(lián)兩個復位指令作為成箱可樂2#輸送線和Tag13。如下圖所示。圖3.27第十一段程序第十二段程序：在“Tag2”指令的基礎上加兩個“常開開關”作為Tag14和2#傳送帶末端位置傳感器，插入一個7秒的計時指令作為T4，地址設為DB6，并聯(lián)一個置位指令作為Tag15，并聯(lián)兩個復位指令作為3#機器人和Tag14。如下圖所示。圖3.28第十二段程序第十三段程序：插入一個“下降沿”作為3#機器人，地址設為Q1.0,插入一個計數(shù)器和MOVE指令。如下圖所示。圖3.29第十三段程序第十四段程序：插入一個“常開開關”作為急停按鈕，地址設為I0.0，插入一個MOVE指令。如下圖所示。圖3.30第十四段